Introduction à la conception de circuits imprimés haute vitesse : comment éliminer la diaphonie

Group of friends talking across themselves at a partyRécemment, lors d'une réception de mariage, j'ai essayé de parler à un homme assis à la même table que moi. Malheureusement, une femme assise entre nous était en train de discuter avec quelqu'un d'autre assis de l'autre côté. Avec toute l'agitation de la réception en toile de fond, la conversation était difficile au début. Le fait qu'une autre discussion se déroule entre nous a rendu notre conversation impossible. Ce qui s'est passé entre nous, c'était de la diaphonie !

La diaphonie au cours d'une conversation peut être très ennuyante, mais la diaphonie sur votre routage de circuit imprimé peut être désastreuse. Si elle n'est pas corrigée, la diaphonie peut entraîner un  dysfonctionnement total    de la carte de circuit imprimé que vous avez terminée ou la survenue de problèmes par intermittence. Voyons ce qu'est la diaphonie et ce que vous pouvez faire pour l'empêcher.

Qu'est-ce que la diaphonie dans la conception des circuits imprimés haute vitesse ?

Le terme diaphonie désigne le  couplage électromagnétique non intentionnel entre les pistes   sur une carte de circuit imprimé. Ce couplage peut avoir pour effet que les impulsions du signal d’une piste écrasent le signal de l’autre piste même si elles ne se touchent pas physiquement. Cela peut se produire lorsque l'espacement entre des pistes parallèles est faible. Même l'espacement minimal est maintenu entre les pistes aux fins de la fabrication, il se peut que cela ne soit pas suffisant sur le plan électromagnétique.

Imaginons deux pistes parallèles. Si le signal d'une piste a plus d'amplitude que l'autre, il peut avoir une influence considérable sur l'autre piste. Le signal de la piste « victime » commencera alors à imiter les caractéristiques de la piste qui l'agresse au lieu d'émettre son propre signal. Lorsque cela se produit, cela s'appelle une diaphonie.

On pense généralement que la diaphonie se produit entre deux pistes parallèles d'un même calque. Il est toutefois encore plus probable que la diaphonie se produise entre deux pistes parallèles de couches adjacentes. C’est ce que l’on appelle le       couplage transversal, et il est plus probable qu'il se produise parce que les deux couches de signal adjacentes sont séparées par une très faible quantité d’épaisseur de diélectrique. Cette épaisseur peut atteindre 4 mils (0,1 millimètre), ce qui est parfois inférieur à l'espacement entre deux pistes d'une même couche. 

 

Blue highlighted traces on a black and white  board

L'espacement des pistes pour éliminer la diaphonie dépasse généralement les exigences normales en matière d'espacement des pistes

Suppression du risque de diaphonie de votre conception

Heureusement, vous n'êtes pas à la merci de la diaphonie. En concevant votre carte de manière à minimiser le risque de situations de diaphonie, vous pouvez éviter ces problèmes. Voici quelques techniques de conception qui vous aideront à éliminer les risques de diaphonie sur votre carte :

  1. Maintenez une distance aussi grande que possible entre les paires différentielles et les autres routages de signaux. Règle de base : une distance = 3 fois la largeur de la piste.

  2. Maintenez la plus grande différence possible entre le routage d'horloge et le routage des autres signaux. La règle de base «  une même distance = 3 fois la largeur de la piste » fonctionne également ici.

  3. Maintenez un espace aussi grand que possible entre différents jeux de paires différentielles.: pour une largeur légèrement supérieure, distance = 5 fois la largeur de la piste.

  4. Les signaux asynchrones (tels que RESET, INTERRUPT, etc.) doivent être routés à l'écart des bus et des signaux haute vitesse. Ils peuvent cependant être routés vers des signaux de mise en marche et d'arrêt ou de mise sous tension, car ces signaux sont rarement utilisés pendant le fonctionnement normal de la carte.

  5. Assurez-vous que deux couches de signaux adjacentes l'une de l'autre dans l'empilage des couches de la carte alternent les directions de routage horizontale et verticale. Le fait d'interdire les pistes parallèles superposées réduira les risques de couplage transversal.

  6. Pour réduire la diaphonie potentielle entre deux couches de signaux adjacentes, il est préférable de séparer les couches avec une couche de plan de masse dans une. Non seulement le plan de masse augmente la distance entre les deux couches de signaux, mais il fournira également le    chemin de retour nécessaire pour les couches de signaux. 

 

Picture of computer screen with hand holding a wrench coming out of it

Vos outils de conception de circuits imprimés et vos applications tierces peuvent vous aider à éliminer les problèmes de diaphonie.

Comment votre logiciel de conception vous aide à éliminer la diaphonie lors de la conception de circuits imprimés haute vitesse

Les outils de conception de circuits imprimés comportent de nombreuses fonctionnalités qui vous permettent d'éviter la diaphonie dans vos conceptions. Les règles relatives aux couches des cartes vous aideront à éviter le couplage transversal en spécifiant des directions de routage et en créant des empilages de couches microstrip. Les règles de classes de signaux vous permettront d'affecter un espacement de piste plus important aux groupes de signaux qui sont plus sujets à la diaphonie. Les routeurs de paires différentielles effectueront le routage simultané de vos paires différentielles en tant que paire réelle au lieu de les router individuellement. Cela permettra de maintenir l'espacement requis entre les pistes de paires différentielles et par rapport aux autres signaux afin d'éviter la diaphonie.

Outre la fonctionnalité intégrée dans votre logiciel de conception de circuits imprimés, il existe également d'autres outils susceptibles de vous aider à éliminer les diaphonies lors de la conception de circuits imprimés haute vitesse. Différents calculateurs de sont à votre disposition pour vous aider à déterminer la largeur et l’espacement de piste appropriés pour votre routage. Vous disposez également de qui permettent d'analyser votre conception afin de détecter d'éventuels problèmes de diaphonie.

S'y on n'y prend pas garde, la diaphonie sur une carte de circuit imprimé peut être un problème majeur. Maintenant que vous savez ce que vous devez surveiller, vous êtes prêt à empêcher toute diaphonie. Les conseils de conception dont nous avons discuté ici ainsi que la fonctionnalité de votre logiciel de conception de circuits imprimés vous aideront à créer une conception sans diaphonie.

Le logiciel de conception de circuits imprimés, comme  Altium Designer, intègre la fonctionnalité avancée évoquée précédemment. Souhaitez-vous en savoir plus sur la manière dont Altium peut vous aider à résoudre les problèmes de diaphonie et autres problèmes d'intégrité des signaux dans votre conception de circuits imprimés ? Contactez un expert Altium.

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